JP7109331B2 - SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD - Google Patents
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Description
本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。 The present disclosure relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method.
従来から、処理容器内で所定のガスを用いて基板に対して所定の処理を施すために設けられたガス導入機構であって、処理容器の内壁面に沿って上下に延びるとともに、管状部材を挿入可能かつ外嵌支持可能な挿入穴を有するインジェクタ支持部と、挿入穴に挿入され、内壁面に沿って全体が直線状に延在するインジェクタと、インジェクタの下端部に接続され、前記インジェクタを回転させる回転機構と、を有するガス導入機構が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a gas introduction mechanism provided for performing a predetermined process on a substrate using a predetermined gas in a processing chamber extends vertically along the inner wall surface of the processing chamber and includes a tubular member. an injector support having an insertion hole that can be inserted and externally supported; an injector that is inserted into the insertion hole and extends linearly along the inner wall surface; and a rotating mechanism for rotating is known (see, for example, Patent Document 1).
また、複数の基板を積層保持する基板保持具と、基板保持具に保持された基板を処理する処理室と、処理室内における基板の積層方向に延在し、基板に処理ガスを供給するガス供給部と、基板保持具に保持された基板の主面と平行方向にガス供給部の角度を変動させる角度変動装置と、基板保持具を回転させる回転装置と、ガス供給部の角度変動動作と基板保持具の回転動作を同期させるよう制御する制御部とを備える基板処理装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 A substrate holder for stacking and holding a plurality of substrates; a processing chamber for processing the substrates held by the substrate holder; an angle varying device for varying the angle of the gas supply unit in a direction parallel to the main surface of the substrate held by the substrate holder; a rotating device for rotating the substrate holder; an angle varying operation of the gas supply unit and the substrate; 2. Description of the Related Art A substrate processing apparatus is known that includes a control unit that controls rotating operations of holders to be synchronized (see Patent Document 2, for example).
基板に接近した位置で処理ガスを供給することができる基板処理装置及び基板処理方法を提供する。 Provided are a substrate processing apparatus and a substrate processing method capable of supplying a processing gas at a position close to a substrate.
上記目的を達成するため、本開示の一態様に係る基板処理装置は、
略円筒体状を有する処理容器と、
基板の外周に沿う位置に配置された複数本の支柱を有し、該複数本の支柱の内側に基板を多段に保持可能な保持構造を有し、鉛直方向に複数枚の基板を離間させて多段に保持可能であり、前記処理容器内に搬入及び搬出可能な基板保持具と、
該基板保持具を回転させる基板保持具回転機構と、
該基板保持具に沿うように鉛直方向に延びて設けられ、一方向に突出した水平断面形状を有し、突出した部分の先端に複数の吐出孔を有し、前記突出した部分の先端が前記支柱よりも内側に入り、前記突出した部分の反対側が前記支柱よりも外側にあるように設置されたインジェクタと、
該インジェクタ内の、前記支柱よりも外側の位置に回転軸を有し、前記基板保持具が回転して前記支柱が接近したときには前記支柱と接触しないように前記回転軸回りに前記インジェクタを回転させ、前記支柱が接近していないときには前記複数の吐出孔が前記支柱よりも内側に位置するように前記回転軸回りに前記インジェクタを回転させるインジェクタ回転機構と、を有する。
In order to achieve the above object, a substrate processing apparatus according to an aspect of the present disclosure includes:
a processing container having a substantially cylindrical shape;
It has a plurality of pillars arranged along the outer periphery of the substrate, has a holding structure capable of holding the substrate in multiple stages inside the plurality of pillars, and vertically separates the plurality of substrates. a substrate holder that can be held in multiple stages and that can be carried into and out of the processing container;
a substrate holder rotating mechanism for rotating the substrate holder;
It extends in the vertical direction along the substrate holder, has a horizontal cross-sectional shape that protrudes in one direction, has a plurality of discharge holes at the tip of the protruding part, and the tip of the protruding part is the above-mentioned an injector installed so that it enters inside the support and the opposite side of the projecting portion is outside the support;
The injector has a rotation axis outside the support, and the injector is rotated around the rotation axis so as not to come into contact with the support when the substrate holder rotates and the support approaches. and an injector rotating mechanism that rotates the injector about the rotation axis so that the plurality of discharge holes are located inside the support when the support is not close to the support .
本開示によれば、インジェクタを基板保持具の支柱に衝突させることなく支柱の内側で処理ガスを基板に供給することができる。 According to the present disclosure, process gas can be supplied to the substrate inside the pillars of the substrate holder without causing the injectors to collide with the pillars.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
以下、本開示を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。 Hereinafter, embodiments for implementing the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, in this specification and the drawings, substantially the same configurations are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant explanations.
[基板処理装置]
本開示の一実施形態に係る基板処理装置について説明する。一実施形態では、基板に熱処理を行う基板処理装置を例に挙げて説明するが、処理対象、処理内容は特に限定されず、ガスを処理容器内に供給して基板処理を行う種々の基板処理装置に適用可能である。
[Substrate processing equipment]
A substrate processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure will be described. In one embodiment, a substrate processing apparatus that performs heat treatment on a substrate will be described as an example. applicable to the device.
図1は、一実施形態に係る基板処理装置の概略図である。図1に示されるように、基板処理装置は、半導体ウエハ(以下「ウエハW」という。)を収容可能な反応管10を有している。反応管10は、ウエハWを収容して処理するための処理容器である。反応管10は、耐熱性の高い石英により略円筒体状に成形され、天井に排気口11を有する。反応管10は、鉛直(上下)方向に延びる縦型の形状に構成されている。反応管10の直径は、例えば処理されるウエハWの直径が300mmの場合には、350~450mm程度の範囲に設定されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a substrate processing apparatus according to one embodiment. As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus has a
反応管10の天井部の排気口11には、ガス排気口20が接続される。ガス排気口20は、例えば排気口11から延びて直角にL字形状に屈曲された石英管から構成される。
A
ガス排気口20には、反応管10内の雰囲気を排気する真空排気系30が接続される。具体的には、真空排気系30は、ガス排気口20に連結される例えばステンレス鋼により形成される金属製のガス排気管31を有している。また、ガス排気管31の途中には、開閉弁32、バタフライバルブ等の圧力調整弁33及び真空ポンプ34が順次介設されており、反応管10内の圧力を調整しながら真空引きできるようになっている。なお、ガス排気口20の内径は、ガス排気管31の内径と同じに設定されている。
A
反応管10の側部には、反応管10を取り囲むようにしてヒータ40が設けられており、反応管10に収容されるウエハWを加熱し得るようになっている。ヒータ40は、例えば複数のゾーンに分割されており、鉛直方向上側から下側に向かって、独立して発熱量が制御可能な複数のヒータ(図示せず)により構成されている。なお、ヒータ40は、複数のゾーンに分割されることなく、1つのヒータにより構成されていてもよい。また、ヒータ40の外周には、断熱材50が設けられており、熱的安定性を確保するようになっている。
A
反応管10の下端部は開口されており、ウエハWを搬入、搬出できるようになっている。反応管10の下端部の開口は、蓋体60により開閉が行われる構成となっている。
The lower end of the
蓋体60よりも上方には、ウエハボート80が設けられている。ウエハボート80は、ウエハWを保持するための基板保持具であり、鉛直方向に複数枚のウエハWを離間した状態で多段に保持可能に構成される。ウエハボート80が保持するウエハWの枚数は特に限定されるものではないが、例えば50枚~150枚とすることができる。
A
図2は、本実施形態に係る基板処理装置のウエハボート80の一例を示した図である。図2(a)は、ウエハボート80の上面図であり、図2(b)は、ウエハボート80の正面図である。また、図2(c)は、図2(b)のD-D断面で切って上から見た切断上面図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the
図2(a)~(c)に示されるように、ウエハボート80は、天板81と、底板82と、基板保持用支柱83と、補助支柱84とを有する。このうち、補助支柱84は必須ではなく、必要に応じて設けられる。
As shown in FIGS. 2A to 2C, the
図2(b)に示されるように、最上部に天板81が配置され、最下部に底板82が配置される。また、天板81及び底板82に両端が連結固定された基板保持用支柱83及び補助支柱84が設けられる。図2(b)においては、基板保持用支柱83及び補助支柱84は、天板81と底板82との間に設けられ、天板81及び底板82を連結支持するように設けられている。
As shown in FIG. 2B, a
基板保持用支柱83は、ウエハW等の基板を多段に保持するための手段であり、例えば、鉛直方向に複数形成された爪83aを有する。隣接する爪83a同士の間には溝83bが形成され、溝83b内(又は爪83a上)にウエハWを水平に保持することが可能な構成となっている。このように、基板保持用支柱83は、溝83b内にウエハWを水平な状態で多段に保持可能な構成を有する。なお、ウエハWを保持するためには、少なくとも3点でウエハWを支持する必要があるため、少なくとも3本の基板保持用支柱83が必要である。なお、基板保持具80のウエハWの保持構成は、溝83bを形成する構成に限らず、用途に応じて種々の構成とすることができる。即ち、基板保持用支柱83に保持用の部材を取り付けた構成や、ウエハW支持用の円環状部材を設けた構成であってもよい。
The
図2(a)、(b)において、3本の基板保持用支柱83と、2本の補助支柱84が示されている。基板保持用支柱83は、3本以上であればよく、必要に応じて、4本、5本と増加させてもよい。例えば、図2において、補助支柱84を総て基板保持用支柱83とし、5本の基板保持用支柱83を設けることも可能である。一方、補助支柱84は必要に応じて設ければよく、不要であれば無くすことも可能である。なお、以下、基板保持用支柱83と補助支柱84の双方を合わせて、支柱83、84と呼んでもよいこととする。
In FIGS. 2A and 2B, three
天板81は、ウエハボート80の最上部に設けられ、天井面を形成する。図2(a)に示されるように、天板81は、円形部81aと、突出部81bとを有する。円形部81aは、C1を中心として円形をなす部分である。突出部81bは、円形部81aから径方向外側に突出した部分であり、この部分に基板保持用支柱83及び補助支柱84が設置される。よって、天板81の下方では、基板保持用支柱83及び補助支柱84が最も外側に突出した部分であり、この部分がウエハボート80の旋回半径Rを定めることになる。
A
図2(a)に示されるように、天板81においては、突出部81bが天板81の最も外側に位置する部分となる。基板処理装置では、ウエハボート80を回転させながら基板処理を行うため、破線で示されるように、突出部81bの最も外側の部分がウエハボート80の旋回半径Rを定めることになる。図2(a)に示されるように、5個の突出部81bの突出量は等しくなるように設定され、5個の突出部81bの各々がウエハボート80の天板81側の旋回半径Rを定める。
As shown in FIG. 2( a ), in the
図2(b)は、図2(a)のX-X方向から見た側方断面図である。図2(b)に示されるように、天板81の突出部81bの最も外側の部分と、支柱83、84の最も外側の部分は、外形が一致するように形成される。よって、天板81の旋回半径Rと、天板81に接続された支柱83、84の旋回半径Rは同一となる。一方、天板81よりも外側に支柱83、84が設けられている場合、例えば、天板81及び底板82の外側面に接するように支柱83、84が設けられている場合には、支柱83、84の外周面がウエハボート80の最も外側の面となり、ウエハボート80の旋回半径Rを定めることになる。また逆に、天板81と底板82が同一の外径を有し、天板81の内側に支柱83、84が設けられている場合には、天板81の外径がウエハボート80の最も外側の部分となり、ウエハボート80の旋回半径Rを定めることになる。
FIG. 2(b) is a side sectional view seen from the XX direction of FIG. 2(a). As shown in FIG. 2(b), the outermost portion of the projecting
本実施形態においては、以下、天板81の突出部81bと支柱83、84の最も外側の面が一致する場合について説明するが、支柱83、84が天板81からはみ出している構造のウエハボート80にも適用可能である。
In this embodiment, the case where the projecting
図2(c)に示されるように、図2(b)のD-D断面で切って底板82を上面視すると、天板81と同様に、円形部82aと、円形部82aから径方向外側に突出した突出部82bが設けられている。そして、突出部82bに支柱83、84を設置する構成となっている。なお、図2(b)にも示されるように、突出部82bの最も外側の外形と、底板82に連結固定される支柱83、84の外形は一致するように設けられる。また、底板82の中心領域には開口82cが形成されており、この点で天板81とは異なっている。開口82cは、ウエハボート80を保温筒75の上に載置する際に、載置台との係合を行うために設けられており、必須ではなく、必要に応じて設けられてよい(図1参照)。
As shown in FIG. 2C, when the
図1の説明に戻る。ウエハボート80は、石英により形成される保温筒75を介してテーブル74上に載置されている。テーブル74は、反応管10の下端開口部を開閉する蓋体60を貫通する回転軸72の上端部に支持される。回転軸72の貫通部には、例えば磁性流体シール73が介設され、回転軸72を気密にシールした状態で回転可能に支持している。また、蓋体60の周辺部と反応管10の下端部には、例えばO-リング等のシール部材61が介設されており、反応管10内のシール性を保持している。
Returning to the description of FIG. The
蓋体60は、例えばボートエレベータ等の昇降機構70に支持されたアーム71に取り付けられており、ウエハボート80及び蓋体60等を一体的に昇降できるように構成されている。なお、テーブル74を蓋体60側へ固定して設け、ウエハボート80を回転させることなくウエハWの処理を行うようにしてもよい。
The
回転軸72は、蓋体60の下面に取り付けられ、回転軸72の近傍にはモータ76aが取り付けられている。回転軸72とモータ76aはプーリーおよびベルトを介して接続されており、モータ76aが回転することで回転軸72が回転するよう構成されている。モータ76aには、エンコーダ76bが設けられている。エンコーダ76bは、回転軸72の回転位置を検出する回転位置検出手段である。エンコーダ76bを用いることにより、ウエハボート80の支柱83、84の位置を知ることができる。エンコーダ76bで検出した支柱83、84の回転位置は、インジェクタ110が支柱83、84との接触を回避するために回転するタイミングを制御するのに用いられる。この点の詳細は後述する。
The rotating
反応管10の下端部には、反応管10の内周壁に沿って延在する部分を有する共に、半径方向の外方に向けて延在するフランジ状の部分を有するマニホールド90が配置されている。そして、マニホールド90を介して、反応管10の下端部から、反応管10内へ必要なガスを導入する。マニホールド90は、反応管10とは別部品で構成されるが、反応管10の側壁と一体的に設けられ、反応管10の側壁の一部を構成するように設けられる。なお、マニホールド90の詳細な構成については、後述する。
A manifold 90 having a portion extending along the inner peripheral wall of the
マニホールド90は、インジェクタ110を支持する。インジェクタ110は、反応管10内にガスを供給するため管状部材であり、例えば石英により形成される。インジェクタ110は、反応管10の内部で鉛直方向に延在するように設けられる。インジェクタ110には、長手方向に沿って所定間隔で複数のガス吐出孔111が形成されており、ガス吐出孔111より水平方向に向けてガスを吐出できるようになっている。
インジェクタ110は、ガス吐出孔111を有するガス供給部112と、ガス吐出孔111を有さず、ガス導入を行うガス導入部113とを備える。図1に示されるように、ガス吐出孔111は、ウエハボート80の支柱83よりも内側に位置するように設けられる。これは、処理ガスをよりウエハWに接近した位置で供給するためであり、処理ガスのウエハWの効率良い供給を促進するためである。
The
しかしながら、このようにガス供給部112が支柱83よりも内側に突出していると、ウエハボート80が回転した際、インジェクタ110のガス供給部112は、支柱83に衝突してしまう。そこで、本実施形態に係る基板処理装置では、インジェクタ110を回転させ、インジェクタ110のガス供給部112が支柱83と衝突することを回避する。
However, if the
なお、図1において、1本のみインジェクタ110が示されているが、供給する処理ガスの種類、位置等に応じて、複数本のインジェクタ110を設けてよい。
Although only one
図3は、本開示の実施形態に係るインジェクタ110の一例を示した斜視図である。本実施形態に係るインジェクタ110は、ガス吐出孔111が設けられたガス供給部112と、ガスを導入するガス導入部113とを有する。
FIG. 3 is a perspective view illustrating an
ガス供給部112は、ガス導入部113よりも一方向に延びて突出した断面形状を有する。ガス供給部112の水平断面形状は、細長い形状を有していれば、種々の形状とすることができる。例えば、長軸と短軸を有する楕円形状であってもよいし、長辺と短辺を有する長方形等の形状であってもよい。図3においては、ガス供給部112が、楕円の水平断面形状を有する例が示されている。ガス供給部112は、水平断面形状が長軸と短軸を有する楕円形状に構成されることにより、一方向に突出した形状を有する。一方向に突出した形状の先端、つまり楕円形状の長軸と交わる端面にガス吐出孔111を設けることにより、ウエハボート80のウエハW近傍にガス吐出孔111を接近して配置させることが可能となる。また、図3においては、ガス供給部112の水平断面形状が、ガス導入部113を包含するように構成されている。これにより、ガス導入部113からのガスの流れを妨げる障害物なくガス導入部113とガス供給部112とを連結することができ、ガス導入部113からガス供給部112へのガスの流れをスムーズにすることができる。但し、ガス供給部112がガス導入部113を包含する水平断面形状を有することは必須ではなく、用途に応じてインジェクタ110は種々の形状に構成することができる。
The
なお、ガス吐出孔111は、鉛直方向、つまりインジェクタ110の長手方向に沿って設けられている。これは、ウエハボート80内にウエハWが鉛直方向に所定間隔を有して多段に保持されるため、総てのウエハWに処理ガスを供給できるようにするためである。したがって、ガス供給部112の高さは、少なくともウエハが保持される高さ以上に設定するのが好ましく、本実施形態ではウエハボートと略同一の高さを有する。なお、インジェクタ110のガス供給部112の水平断面形状は、ガス吐出孔111を通る長軸に関して線対称の形状を有することが好ましい。左右対称の方が、取扱いも容易であるし、処理ガスの供給も均一となり易いからである。
Note that the gas discharge holes 111 are provided along the vertical direction, that is, along the longitudinal direction of the
ガス供給部112の上端は閉じており、下端はガス導入部113に接続されている。上端を閉じることにより、処理ガスをガス吐出孔111から水平方向に供給することができる。
The upper end of the
ガス導入部113は、ガス供給部112の下方に設けられる。ガス導入部113は、マ二ホールド90を介して処理ガスを導入し、ガス供給部112に供給するためのガス流路であり、ガス供給部112の下端に接続されている。ガス導入部113は、突出した形状を有する必要は無いため、例えば、円形の水平断面形状を有する。本実施形態に係る基板処理装置においては、基板を処理しながらインジェクタ110を回転させるため、ガス導入部113は、回転させ易い形状であることが好ましい。よって、本実施形態においては、ガス導入部113を円形に構成し、円の中心を回転軸114としている。
The
ガス導入部113の外側の端面、即ち、ガス供給部112が突出した部分の反対側の端面は、ガス供給部112の端面と連続的に形成されていることが好ましい。これにより、ガス供給部112の回転径を大きく設定することができ、よりウエハWに接近させた箇所で処理ガスを供給することができる。
It is preferable that the outer end surface of the
なお、ガス導入部113をガス供給部112よりも小さく形成することは、本実施形態に係る基板処理方法を実施する上においては必須ではなく、例えば、ガス供給部112と同じ形状を有するガス導入部113を設け、外側寄りに回転軸114を設け、楕円形状全体を回転させてもよい。
Forming the
しかしながら、効率の良い回転を行う観点、回転機構を簡素にする観点、処理ガスの上昇への方向付けを効率的に行う観点等から、ガス導入部113はガス供給部112よりも小さくするとともに、円のように、回転容易な形状とすることが好ましい。
However, from the viewpoints of efficient rotation, simplification of the rotation mechanism, efficient orientation of the process gas upward, etc., the
なお、ガス導入部113を正多角形とすることも可能であり、例えば、ガス供給部112を長方形、ガス導入部113を正方形としてもよい。ガス導入部113を正方形としても、正方形の保持部を設け、正方形の中心を回転軸114にして保持部を回転させるようにすれば、回転機構は複雑とならない。よって、ガス導入部113及びガス供給部112の形状は、用途に応じて種々の形状とすることができる。
It should be noted that the
また、ガス供給部112のガス吐出孔111は、必ずしも先端に設けなくともよい。しかしながら、効率的にガス吐出孔111をウエハWに接近させた状態で処理ガスを供給するためには、一方向に突出した形状の先端(頂点)に設けることが好ましい。
Also, the
[インジェクタ及び基板処理装置の動作]
図4は、本開示の実施形態に係るインジェクタ及び基板処理装置の動作について説明するための図である。
[Operation of Injector and Substrate Processing Apparatus]
FIG. 4 is a diagram for explaining operations of the injector and the substrate processing apparatus according to the embodiment of the present disclosure.
図4(a)は、インジェクタの先端がウエハボートに接近した状態を示した図である。図4(a)において、基板処理装置の上面からの断面図が記載されている。なお、図1においては、反応管10のみが記載されていたが、図4(a)においては、反応管10の内側にインナーチューブ12が設けられている例について説明する。
FIG. 4(a) is a diagram showing a state in which the tip of the injector approaches the wafer boat. In FIG. 4A, a cross-sectional view of the substrate processing apparatus from above is shown. Although only the
インナーチューブ12の内側には、ウエハボート80が設けられ、インナーチューブ12の外側に突出し、内周壁が窪んだインジェクタ収容部12a内にインジェクタ110が設けられている。また、インナーチューブ12のインジェクタ110と反対側の位置には、排気口12bが設けられている。なお、ウエハボート80は、基板保持用支柱(以下、単に「支柱」と言う。)83を3本備えている例を挙げて説明する。また、ウエハボート80は、時計回りに回転する例を挙げて説明する。
A
図4(a)において、インジェクタ110のガス吐出孔111は、ウエハボート80の中心を向き、ウエハボート80に載置されたウエハWに最も接近した位置に配置されている。即ち、インジェクタの回転中心とガス吐出孔111の距離は、インジェクタの回転中心から支柱83の旋回半径Rまでの距離よりも大きく、かつ、インジェクタ110の回転中心からウエハ外縁までの距離よりも小さくなるように設定されており、ガス吐出孔111はウエハに接触しない程度に接近した位置に配置されている。このような状態で、インジェクタの先端のガス吐出孔111から処理ガスを供給すると、ウエハWの奥まで到達し易くなる。即ち、ウエハボート80の支柱83が通過する旋回半径Rよりも外側から処理ガスを供給する場合には、反応管10とウエハWの間の空間にも処理ガスが流れることになり、乱流なども生じ易くなるが、ウエハWに最も接近した位置で処理ガスを供給すれば、ウエハ以外に向かって流れる処理ガスの量を低減することができる。したがって、非常にガス供給効率の良い状態で処理ガスをウエハWに供給することができる。
In FIG. 4A, the
図4(b)は、支柱83がインジェクタ110に接近した状態を示した図である。図4(b)に示されるように、インジェクタ110が支柱83との接触を回避するように反時計回りに回転している。かかる動作により、支柱83の進路を空け、支柱83とインジェクタ110の衝突を防ぐことができる。なお、インジェクタ110は、ガス導入部113の回転軸114を中心に回転する。図4(b)においては、ガス供給部112の水平断面における長手方向が約90度回転し、インジェクタ110がインジェクタ収容部12aの内壁と略平行になるまで回転している。この回転角度は、インジェクタ110が支柱83との接触を確実に回避できる角度であれば、何度に設定してもよい。
FIG. 4B is a diagram showing a state in which the
ここで、ガス導入部113の少なくとも回転軸114はウエハボート80の旋回半径Rよりも外側にあることが必要である。また、図4に示すように、約90度がインジェクタ110の最大回転角度として許容できる角度である場合、その最大許容角度の回転で確実に支柱83とインジェクタ110のガス供給部112との接触を回避できるように設定することが必要である。
Here, at least the
図4(c)は、支柱83がインジェクタ110を通過した状態を示した図である。このように、支柱83がインジェクタ110に接近し、支柱83が通過するまでインジェクタ110が回転してインジェクタ収容部12a内に待機することにより、ウエハボート80が回転しても、インジェクタ110と支柱83との接触を回避することができる。
FIG. 4(c) is a diagram showing a state in which the
図4(d)は、支柱通過後にインジェクタ110が回転した状態を示した図である。図4(d)に示されるように、支柱83が通過した後は、インジェクタ110が再び回転し、ウエハWに接近した場所に位置することが可能である。これにより、効率良くウエハWに処理ガスを供給することができる。なお、この際のインジェクタ110の回転方向は、図4(b)の待機状態になるときとは反対の回転方向であり、時計回りの回転方向である。
FIG. 4(d) is a diagram showing a state in which the
このように、支柱83が接近したときのみインジェクタ110は回転して支柱83との接触を回避することにより、それ以外のときは、支柱83の外径よりも内側のウエハWに接近した状態で処理ガスをウエハWに供給することができ、基板処理を効率良く行うことができる。
In this way, the
このような動作は、例えば、図1に示すモータ76aにエンコーダ76bが内蔵されており、エンコーダ76bによりウエハボート80の支柱83の位置を検出し、その検出位置情報に基づいてインジェクタ110の回転動作を行うようにすればよい。
For example, the
そのような動作は、例えば、図1に示す制御部140がエンコーダ76bの回転位置検出情報に基づいて、インジェクタ110を回転させる回転機構の動作を制御することにより行う。制御部140は、基板処理装置全体の動作を制御する。制御部140は、例えば、CPU(Central Processing Unit、中央処理装置)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)を備え、プログラムを読み込んで動作するマイクロコンピュータや、特定の用途に向けて開発されたIC(Integrated Circuit、集積回路)からなるASIC(Application Specific Integrated Circuit)等により実現されてよい。
Such an operation is performed by, for example, the
また、エンコーダ76bを用いる以外に、光学的センサを用いて支柱83の位置を検出したり、カメラを用いて支柱83の位置を検出し、検出した支柱83の位置に基づいてインジェクタ110の回転制御を行ったりする構成であってもよい。
In addition to using the
なお、支柱83の本数が増えた場合には、各支柱83に対応して支柱回避のためのインジェクタ110の回転動作を行うことになる。つまり、図2で説明したように、外側に突出した補助支柱84等が存在する場合には、それらの支柱84とも接触しないようにインジェクタ110の回転動作を行う必要がある。一方、そのままでもインジェクタ110が衝突しない程度の突起であれば、インジェクタ110の回転動作を行う必要は無い。また、ウエハボート80の天板81および底板82の内側に各支柱83、84が取り付けられ、天板81および底板82の外径が旋回半径Rになる場合は、ガス供給部112の高さを天板81と底板82の間に収まるように設定することで支柱83、84とインジェクタ110の接触を回避することができる。
When the number of
このように、支柱83との衝突が発生するか否かによりインジェクタ110を回転させる動作を行うか否かを判定することができる。
In this way, it is possible to determine whether or not to rotate the
[インジェクタ回転機構]
次に、インジェクタ110を回転させるインジェクタ回転機構の一例について説明する。インジェクタ110を回転させる機構は、インジェクタ110を適切なタイミングで適切な角度回転させることができれば、種々の機構とすることができる。ここでは、インジェクタ回転機構の一例を説明するが、これに限定する趣旨ではない。
[Injector rotation mechanism]
Next, an example of an injector rotating mechanism that rotates the
図5は、本実施形態に係る基板処理装置及び基板処理方法に適用可能なインジェクタ回転機構の一例を示した図である。図5に示されるように、ガス導入機構は、マニホールド90と、インジェクタ110と、回転機構300と、ガス配管121とを有する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of an injector rotation mechanism applicable to the substrate processing apparatus and substrate processing method according to this embodiment. As shown in FIG. 5, the gas introduction mechanism has a manifold 90, an
マニホールド90は、インジェクタ支持部91と、ガス入口95とを有する。
インジェクタ支持部91は、反応管10の内壁面に沿って鉛直方向に延在する部分であり、インジェクタ110を支持する。インジェクタ支持部91は、インジェクタ110の下端が挿入可能であり、インジェクタ110の下端を外嵌支持可能な挿入穴92を有する。
The
ガス入口95は、インジェクタ支持部91から半径方向の外側に張り出して、反応管10の外側に露出する部分であり、挿入穴92と反応管10の外部とを連通してガスが通流可能なガス流路96を有する。ガス流路96の外側端部には、ガス配管121が接続され、外部からのガスが供給可能に構成される。
The
インジェクタ110は、インジェクタ支持部91の挿入穴92に挿入され、反応管10の内壁面に沿って全体が直線状に延在する共に、挿入穴92に挿入された箇所にガス流路96と連通する開口112を有する。開口112は、例えば水平方向を長軸、鉛直方向を短軸とする略楕円形状に形成されている。これにより、インジェクタ110が回転した場合であっても、ガス流路96からインジェクタ110に効率的にガスが供給される。
The
マニホールド90は、例えば金属で構成される。反応管10及び反応管10を構成する部品は、金属汚染を防ぐ観点から、基本的には石英で構成されることが好ましいが、複雑な形状や、ネジ等との螺合接続がある箇所は、金属で構成せざるを得ない。本発明の一実施形態に係る処理装置のマニホールド90も、金属で構成されるが、インジェクタ110をL字形状とせず、棒形状としている。そして、マニホールド90のガス入口95内に水平に延びるガス流路96を形成し、インジェクタ110にガス流路96と連通する開口112を形成することにより、インジェクタ110に厚肉の水平部分を無くしている。これにより、マニホールド90のガス入口95は、インジェクタ110の厚肉の水平部分を収容する必要が無くなるため、マニホールド90のガス入口95の肉厚を薄くし、高さを低くして金属コンタミネーションを低減させることが可能となる。なお、マニホールド90を構成する金属は、ステンレス鋼、アルミニウム、ハステロイ等の耐食性メタル材料であってもよい。
The manifold 90 is made of metal, for example. From the viewpoint of preventing metal contamination, it is preferable that the
図5に示されるガス導入機構は、モータ310と、ウォームギア機構320とを有する回転機構300によってインジェクタ110を回転させる。
The gas introduction mechanism shown in FIG. 5 rotates the
図5に示されるように、回転機構300は、インジェクタ110の下端部に接続され、インジェクタ110をその長手方向を中心軸として回転させる。具体的には、回転機構300は、モータ310と、ウォームギア機構320とを有し、モータ310で発生させた回転運動をウォームギア機構320により回転方向及び回転速度を変換して、インジェクタ110に伝達する。
As shown in FIG. 5, the
モータ310は、例えば直流(DC)モータである。
ウォームギア機構320は、回転軸321と、磁性流体シール部322と、ウォーム323と、ウォームホイール324と、ワッシャ325と、保持ボルト326とを有する。
The
回転軸321は、棒形状を有し、磁性流体シール部322により気密性を維持した状態でマニホールド90内に挿入されている。回転軸321の一端は、モータ310と接続されている。これにより、回転軸321は、モータ310が動作することにより回転する。なお、磁性流体シール部322に代えて、ベローズを使用してもよい。
The
ウォーム323は、回転軸321の先端に固定されている。これにより、回転軸321が回転すると、ウォーム323は回転軸321と一体となって回転する。
A
ウォームホイール324は、ウォーム323と噛合し、かつ、正逆回転可能となっている。これにより、ウォーム323が回転すると、ウォームホイール324がウォーム323の回転方向と対応して左回り又は右回り(図5(b)における矢印で示す方向)に回転する。ウォームホイール324は、インジェクタ110がウォームホイール324に対して周方向に回転しないようにインジェクタ110を保持する。これにより、ウォームホイール324が回転運動すると、ウォームホイール324と一体となってインジェクタ110が回転運動する。また、ウォームホイール324は、ワッシャ325を介して保持ボルト326によって回転自在に保持されている。
The
例えば、このような回転機構を備えることにより、インジェクタ110を回転させ、インジェクタ110のガス供給部112とウエハボート80の支柱83、84との接触を防ぎつつウエハWの近傍で処理ガスを供給することができる。
For example, by providing such a rotating mechanism, the
なお、本実施形態で説明した回転機構200は一例に過ぎず、ラックアンドピニオンを用いた回転機構等、用途に応じて種々の回転機構を用いることができる。 Note that the rotation mechanism 200 described in the present embodiment is merely an example, and various rotation mechanisms such as a rotation mechanism using a rack and pinion can be used depending on the application.
[基板処理方法]
次に、図1に示した縦型熱処理装置が成膜処理を行うときの動作について説明する。縦型熱処理装置が成膜処理を行う場合、ウエハボート80に複数枚、例えば50~100枚程度のウエハWがウエハボート80に載置された状態で蓋体60上のテーブル74上に載置され、蓋体60が上昇して密閉され、ウエハWが反応管10内に設置される。なお、図1には、インジェクタ110が1本しか示されていないが、図示しない複数本のインジェクタ110が設けられている例を挙げて説明する。
[Substrate processing method]
Next, the operation when the vertical heat treatment apparatus shown in FIG. 1 performs the film forming process will be described. When the vertical heat treatment apparatus performs the film formation process, a plurality of wafers W, for example, about 50 to 100 wafers W are placed on the
次いで、真空ポンプ34を動作させて反応管10の内部を真空排気し、反応管10の圧力を所定の真空度まで到達させる。
Next, the
次いで、ウエハボート80を回転させ、複数のインジェクタ110から処理ガスを供給する。処理ガスは、用途に応じて種々のガスが選択されてよいが、例えば、シリコン酸化膜を成膜する場合、シリコン含有ガスと、酸化ガスとが供給される。シリコン含有ガスは、例えば、アミノシランガスであってもよいし、酸化ガスは、例えば、オゾンガスであってもよい。アミノシランガスとオゾンガスが反応することにより、反応生成物として酸化シリコンがウエハW上に堆積し、シリコン酸化膜が成膜される。
Then, the
最初に処理ガスを供給するタイミングは、図4(a)に示した状態が好ましい。即ち、インジェクタ110が回転している状態ではなく、インジェクタ110の突出した先端がウエハボート80の中心を向き、ガス吐出孔111がウエハWの外周に最も接近した位置で処理ガスの供給を開始することが好ましい。しかしながら、この点は必須ではなく、図4(b)、(c)に示すように回転している状態から処理ガスの供給を開始してもよい。
The timing of supplying the processing gas first is preferably the state shown in FIG. 4(a). That is, the supply of processing gas is started at a position where the protruding tip of the
CVD(Chemical vapor deposition)成膜であれば、アミノシランガスとオゾンガスは同時に反応管10内に供給される。一方、ALD(Atomic Layer Deposition)成膜であれば、最初にアミノシランガスのみを反応管10内に供給してウエハWの表面に吸着させる。その後、パージガスで反応管10内をパージした後、オゾンガスのみが供給され、ウエハWの表面に吸着したアミノシランガスとの反応により、シリコン酸膜層がウエハWの表面に形成される。その後、パージガスを反応管10内に供給した後、アミノシランガス供給、パージガス供給、オゾンガス供給、パージガス供給のサイクルを繰り返し、シリコン酸化膜層を徐々にウエハWの表面に堆積させてゆく。
In the case of CVD (Chemical vapor deposition) film formation, aminosilane gas and ozone gas are simultaneously supplied into the
その際、エンコーダ76bでウエハボート80の支柱83、84の位置を検出し、支柱83、84がインジェクタ110に対して所定距離又は所定角度に達したら、インジェクタ110の回転動作を行う。回転動作は、例えば、上述の実施形態で説明した機構を用いて行う。回転方向は、図4で説明したように、ウエハボート80が時計回りであれば反時計回りに回転させ、ウエハボート80が反時計回りであれば、時計回りに回転させることが好ましい。ウエハボート80とインジェクタ110は対向しているので、互いに反対方向に回転させれば、ウエハボート80の移動方向とインジェクタ110の移動方向が一致し、ウエハボート80の移動方向に逆らわずに滑らかにウエハボート80との接触を回避することができる。
At this time, the
なお、エンコーダ76bは、支柱84、84の位置検出の手段の一例に過ぎず、光学的検出器や撮像による検出等、他の検出手段及び検出方法を用いてもよい。
Note that the
インジェクタ110の回転を開始するタイミング及び回転速度は、ウエハボート80の回転速度等を考慮し、適切な値に設定することができる。同様に、回転してから元の状態に復帰するタイミング及び回転速度も適切な値に設定することが好ましい。インジェクタ110とウエハボート80との接触を確実に回避しつつ、なるべくインジェクタ110がウエハWの外周近傍で処理ガスを供給できる時間が長くなるような設定とすることが好ましい。
The timing of starting rotation of the
これらの一連の動作は、制御部140が行うようにしてよい。即ち、エンコーダ76bの検出信号が制御部140に送信され、制御部140の方で適切なタイミングと回転速度で回転機構200にインジェクタ110を回転させる指令を行う。これにより、ウエハボートの支柱83、84とインジェクタ110が接触することを確実に回避して、タイミングよくインジェクタ110を回転させることができる。
A series of these operations may be performed by the
このようにしてウエハWの表面上にシリコン酸化膜を成膜することができるが、この時の処理ガスの供給は、処理ガス供給源123から、処理ガス供給配管121を介してインジェクタ110に供給されることにより行われる。その際、インジェクタ110はウエハWに接近した位置、即ち支柱83、84よりも内側の位置で処理ガスを供給できるため、効率的に基板処理を行うことができる。
In this manner, a silicon oxide film can be formed on the surface of the wafer W. At this time, the processing gas is supplied from the processing
従来、支柱83、84をウエハボート80の旋回半径Rとみなし、旋回半径Rよりも離れた位置にインジェクタ110を配置していたが、本実施形態では、支柱83、84よりも内側に入り込んでウエハWの外周に接近した位置で処理ガスを供給することができ、原料ガスの吸着効率及び反応ガスの反応効率を高めることができる。
Conventionally, the
なお、図1においては、インナーチューブ12が示されていないが、インナーチューブ12が存在する場合には、図4で説明したように、インジェクタ110がインナーチューブ12内に配置され、インナーチューブ12内に処理ガスを供給する。
Although the
このような基板処理を薄膜が所定膜厚となるまで継続し、目標膜厚に達したら、処理ガスの供給を停止し、ウエハボート80の回転を停止する。そして、蓋体60を下降させ、ウエハボート80から基板処理が施されたウエハWを搬出する。本実施形態における基板処理は成膜処理であったため、薄膜が表面上に形成されたウエハWが搬出される。
Such substrate processing is continued until the thin film reaches a predetermined film thickness, and when the target film thickness is reached, the supply of the processing gas is stopped and the rotation of the
一方向に突出したインジェクタ110を用いたことにより、ガス供給効率の高い成膜処理を行うことができ、スループット及び膜質を向上させることができる。
By using the
このように、本実施形態に係るインジェクタ、基板処理装置及び基板処理方法によれば、インジェクタ110とウエハボート80の支柱83、84との接触を防ぎつつウエハWにより接近した位置で処理がスの供給を行うことができ、スループット及び膜質を向上させることができる。
As described above, according to the injector, the substrate processing apparatus, and the substrate processing method according to the present embodiment, the process can be performed at a position closer to the wafer W while preventing contact between the
以上、本開示の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本開示の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been detailed above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present disclosure. can be added.
10 反応管
80 ウエハボート
76a モータ
76b エンコーダ
83、84 支柱
90 マニホールド
91 インジェクタ支持部
95 ガス入口
96 ガス流路
110 インジェクタ
111 ガス孔
112 ガス供給部
113 ガス導入部
114 回転軸
121 ガス配管
140 制御部
200 回転機構
210 エアシリンダ
220 リンク機構
10
Claims (11)
基板の外周に沿う位置に配置された複数本の支柱を有し、該複数本の支柱の内側に基板を多段に保持可能な保持構造を有し、鉛直方向に複数枚の基板を離間させて多段に保持可能であり、前記処理容器内に搬入及び搬出可能な基板保持具と、
該基板保持具を回転させる基板保持具回転機構と、
該基板保持具に沿うように鉛直方向に延びて設けられ、一方向に突出した水平断面形状を有し、突出した部分の先端に複数の吐出孔を有し、前記突出した部分の先端が前記支柱よりも内側に入り、前記突出した部分の反対側が前記支柱よりも外側にあるように設置されたインジェクタと、
該インジェクタ内の、前記支柱よりも外側の位置に回転軸を有し、前記基板保持具が回転して前記支柱が接近したときには前記支柱と接触しないように前記回転軸回りに前記インジェクタを回転させ、前記支柱が接近していないときには前記複数の吐出孔が前記支柱よりも内側に位置するように前記回転軸回りに前記インジェクタを回転させるインジェクタ回転機構と、を有する基板処理装置。 a processing container having a substantially cylindrical shape;
It has a plurality of pillars arranged along the outer periphery of the substrate, has a holding structure capable of holding the substrate in multiple stages inside the plurality of pillars, and vertically separates the plurality of substrates. a substrate holder that can be held in multiple stages and that can be carried into and out of the processing container;
a substrate holder rotating mechanism for rotating the substrate holder;
It extends in the vertical direction along the substrate holder, has a horizontal cross-sectional shape that protrudes in one direction, has a plurality of discharge holes at the tip of the protruding part, and the tip of the protruding part is the above-mentioned an injector installed so that it enters inside the support and the opposite side of the projecting portion is outside the support;
The injector has a rotation axis outside the support, and the injector is rotated around the rotation axis so as not to come into contact with the support when the substrate holder rotates and the support approaches. and an injector rotating mechanism that rotates the injector about the rotation axis so that the plurality of discharge holes are located inside the support when the support is not close to the support.
前記ガス導入部は、円形の水平断面形状を有する請求項4に記載の基板処理装置。 the portion of the injector having the horizontal cross-sectional shape has an elliptical cross-sectional shape;
5. The substrate processing apparatus according to claim 4 , wherein the gas introducing portion has a circular horizontal cross-sectional shape.
該回転位置検出部で検出された前記支柱の回転位置に基づいて前記インジェクタ回転機構の回転を制御する制御部と、を更に有する請求項1乃至6のいずれか一項に記載の基板処理装置。 a rotational position detection unit that detects the rotational position of the post of the substrate holder;
7. The substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a control section that controls rotation of the injector rotation mechanism based on the rotational position of the support column detected by the rotational position detection section.
該基板保持具に沿うように前記鉛直方向に延びて設けられ、一方向に突出した水平断面形状を有し、突出した部分の先端に複数の吐出孔を有し、前記突出した部分の先端が前記支柱よりも内側に入り、前記突出した部分の反対側が前記支柱よりも外側にあるように設置されたインジェクタから前記基板保持具に保持された前記複数枚の基板に処理ガスを供給する工程と、
前記基板保持具の前記複数本の支柱を検出する工程と、
検出された前記支柱が前記インジェクタに接近しているときには、前記支柱と接触しないように前記インジェクタを回転させ、前記支柱が接近していないときには前記複数の吐出孔が前記支柱よりも内側に位置するように前記インジェクタを回転させる工程と、を有する基板処理方法。 a step of rotating a substrate holder having a plurality of pillars arranged along the outer circumference of the substrate, and holding the plurality of substrates in multiple stages while separating the plurality of substrates in the vertical direction inside the plurality of pillars; ,
It extends in the vertical direction along the substrate holder, has a horizontal cross-sectional shape that protrudes in one direction, has a plurality of discharge holes at the tip of the protruding portion, and has a tip of the protruding portion. a step of supplying a processing gas to the plurality of substrates held by the substrate holder from an injector which enters inside the column and is installed so that the opposite side of the projecting portion is outside the column; ,
detecting the plurality of posts of the substrate holder;
When the detected strut is approaching the injector, the injector is rotated so as not to contact the strut, and when the strut is not approaching, the plurality of discharge holes are positioned inside the strut. and rotating the injector so as to.
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